Vikan - 17.09.1987, Blaðsíða 24

100 milljón gráöa heitt plasma svífur í hringlaga seguisviöi.
Indlandi og Kína um að þar hefði ofurleiðni
mælst við stofuhita.
n hvað er ofurleiðni og hvernig verður
fyrirbærið best skýrt? Undir venjuleg-
um kringumstæðum búa leiðarar, svo
sem kopar, yfir ákveðnu viðnámi gegn
leiðni rafstraums. Viðnámið er mis-
munandi og fer eftir gerð leiðarans, en það
kemur til vegna þess að rafeindirnar, sem
ferðast í gegnum leiðarann, rekast í sífellu
hver á aðra og jónamassa eða kristalgrind
efnisins, en við það tapa þær hreyfiorku og
hægja á sér. Hreyfiorkan, sem tapast á þenn-
an hátt, ummyndast nær eingöngu i hita og
er um það bil tuttugu prósent þegar um
kopar, sem er mjög góður leiðari, er að ræða.
Efni, sem búa yfir verulegu eða algjöru við-
riámi, nefnast hálfleiðarar eða einangrarar.
Þegar efni breytist i ofurleiðarar við
nægjanlega mikla kælingu verður rót-
tæk breyting á hátterni rafeindanna
og kristalgrindarinnar. Kristalgrindin
er ekki lengur hindrun í vegi rafeind-
anna heldur „aðstoðar“ hún þær til sam-
vinnu og pörunar með þeim afleiðingum að
rafeindapörin, sem myndast, svokölluð
Cooper pör, geta nú hreyfst óhindrað, það
er án viðnáms, í gegnum leiðarann sem nú
er orðinn að ofurleiðara. Til þess að við-
halda ofurleiðninni er einungis nauðsynlegt
að halda hitastigi ofurleiðarans fyrir neðan
stökkmörkin svokölluðu, en þau greina á
milli (hálQleiðni og ofurleiðni.
Sú kenning, sem hingað til hefur best lýst
eiginleikum ofurleiðni, var sett fram af eðlis-
fræðingunum Bardeen, Cooper og Schrieffer
árið 1957. Hún gengur því gjarnan undir
nafninu BCS-kenningin. Það voru þessir vís-
indamenn sem fyrstir skildu að það eru
sveiflur kristalgrindarinnar og áhrif þeirra á
hátterni rafeindanna sem leiða til framkomu
ofurleiðni. Undir venjulegum kringumstæð-
um verka neikvætt hlaðnar rafeindir með
fráhrindandi krafti hver á aðra en fyrir til-
stuðlan grindarinnar getur sú staða komið
upp að rafeindirnar taka að draga sig saman
og mynda Cooper pör. Þetta gerist á eftirfar-
andi hátt: Fyrst getur einstök rafeind valdið
staðbundinni sveigju í kristalgrindinni með
því að draga að sér nálægar jónir hennar.
Ef sveiflutíðni grindarinnar er ekki mikil, en
slíkt getur átt sér stað ef hitastig leiðarans
er ekki hátt, getur rafeindin fjarlægst lítið
eitt það svæði sem nú einkennist af hárri
jákvæðri hleðslu, áður en grindin sjálf nær
jafnvægi að nýju. Þegar svo er komið getur
þetta jákvætt hlaðna svæði dregið til sín
aðra rafeind sem nú kemst nær fyrri rafeind-
inni en hún nokkurn tíma gæti án tilvistar
jákvæðu hleðslunnar.
Rafeindir, sem parast á þennan hátt, búa
yfir eiginleikum sem eru gjörólíkir eiginleik-
um einstakra rafeinda og í raun líta eðlis-
fræðingar á pör af þessari gerð sem
sjálfstæðar eindir sem þeir kjósa að nefna
eindaígildi. í venjulegum leiðurum eru það
rafeindirnar sem bera rafstrauminn en í ofur-
leiðurum eru það Cooper pörin sem í virkni
búa yfir tvöfaldri hleðslu einnar rafeindar.
Efnið helst ofurleiðið einungis á meðan
sveifla grindarinnar er lítil, það er hitastigið
er lágt. Til þess að ná ofurleiðni við sem
hæát hitastig er nauðsynlegt að styrkja þann
kraft sem heldur Cooper pörunum saman.
24 VI KAN 38. TBL